赣北舍背瓷石矿床地质特征及加工工艺性能

段振元，余牛奔

(江西省地质局赣西北大队，江西 九江 332000)

赣北九岭地区瓷石矿资源丰富，主要集中分布在高安、宜丰、上高、修水和丰城及其周边区域，并以此为辅形成了新的产业布局。前人对江西省瓷石(土)矿从多个层面开展了研究工作，如黄小年等[1]对省内瓷石、瓷土矿时空分布特征进行了归纳，并探讨了其成矿规律；李仁泽等[2]和朱黎宽等[3]对宜丰某含锂瓷石矿的成因机制和综合利用进行了探讨；周先军等[4]、李宁等[5]、郑翔等[6]对省内典型瓷石(土)矿的地质特征进行了介绍；宋振东[7]、余祖球[8]、刘发荣等[9]、谭绿贵[10]和曹泽亮[11]对瓷石(土)矿石工艺矿物学特征、工艺性能及开发应用等进行了相关研究。上述研究对瓷石矿的成矿规律及含锂的瓷石矿成矿地质背景及成因、矿物工艺学方面研究居多。舍背瓷石矿床主要产于燕山期中细粒花岗闪长岩脉中，与区内晋宁期九岭花岗岩基呈侵入接触，经岩浆热液蚀变而成的脉状瓷石矿，有异于以往研究呈岩床状瓷石矿床特征，具有特殊性与典型性。本文通过对舍背瓷石矿区矿体特征、矿石质量及加工工艺性能的总结，对在本区周边寻找和评价类似矿床，保障陶瓷原料资源需求有借鉴意义。

1 区域地质背景

矿区位于扬子板块(Ⅰ)江南地块(Ⅰ2)九岭隆起(Ⅰ21)西部(图1)，处于九岭—莲花山隆起(隆褶带)成矿亚带西南部[1]。区域中部广泛出露岩浆岩，南北两侧分布地层为新元古界双桥山群浅变质岩。浅变质岩厚度巨大，原岩恢复是由泥砂质及火山碎屑物为主组成的一套复理石建造。区内发育花园里—大潭嘴北东向断裂及棋坪—上富东西向韧性剪切带：断裂产状140°∠60°，出露长大于17km，宽10～20m，为正断层，切割双桥山群地层及岩体；韧性剪切带长大于25km，宽50～500m，呈东西向舒缓波状展布，局部被北东向断裂切割破坏，呈不连续展布。岩浆岩有晋宁期和燕山期二期：晋宁期岩浆岩组成九岭巨型复式花岗岩，在区内以岩基状产出，俗称“九岭岩基”[1]，主要岩性为中粗粒黑云母花岗闪长岩、细粒含斑黑云母英云闪长岩，为晋宁期大规模中酸性岩浆活动的产物。燕山期酸性—中酸性岩浆多次上侵，形成了规模不等的岩株、岩瘤、岩床或岩脉，侵入于九岭岩基或中新元古代浅变质岩系中，岩性主要有二云母花岗闪长岩、闪长岩、黑云母花岗岩、白云母花岗岩、花岗斑岩等，瓷石矿主要产于二云母花岗闪长岩岩脉或白云母花岗岩、花岗斑岩岩体之中。

图1 区域地质构造略图

2 矿区地质特征

2.1 地层、构造

矿区位于棋坪—上富韧性剪切带西段，广泛出露岩浆岩，无沉积岩、变质岩分布(图2)。受区域韧性剪切应力作用，岩石呈现弱片麻状定向构造，除石英常呈条带状外，还常见云母类矿物挤压成鱼形云母。中部有一条小断层，沿走向长度约90m，断裂面较平直，倾向南，倾角65～69°，属逆断层，对矿体的完整性无影响。

图2 舍背瓷石矿区地质简图

2.2 岩浆岩

岩浆岩有两期，早期岩体为晋宁期花岗岩，形成于819Ma[12]，组成区内九岭花岗岩岩基，岩石类型为中粗粒黑云母花岗闪长岩(γδ)；晚期为燕山期侵入的中细粒二云母花岗闪长岩(Nγδ)，是瓷石矿原岩，呈不规则脉状或透镜状侵入于岩基中，接触界线清晰(图3a)，局部见中粗粒黑云母花岗闪长岩捕虏体(图3b)。

图3 矿区花岗闪长岩与二云母花岗闪长岩接触关系

中细粒二云母花岗闪长岩呈灰白色、浅灰色，中细粒花岗结构，块状构造，矿物粒径介于0.2～3.5mm。主要矿物斜长石47%～50%、石英26%～35%，钾长石10%～20%、黑云母(+白云母)5%～8%。石英近于等粒集合体出现，颗粒大小在0.2～1.2mm，但集合体较大，呈不规则压扁条带状，长径小于3.5mm；斜长石呈半自形板状，粒径多在0.5～3.5mm，颗粒内常见聚片双晶，少数可见较宽疏的环带构造，边缘有钠长石化蚀变改造，牌号难测，视突起等特征为中—更长石类，晶内常见绢云母化；钾长石含量较低，大小形态与斜长石相似，表面有轻微高岭土化现象；黑云母厚板片状—不规则片状及集合体，片径长约0.1～3mm，条带状分布，可见明显的褐色—浅黄色多色性，部分见白云母化、绿泥石化等次生蚀变；白云母部分为黑云母蚀变产物，部分则产于钾长石晶内，是由长石类蚀变而成；副矿物常见有磁铁矿，他形粒状，粒径0.06～0.2mm；磷灰石半自形柱粒状0.05～ 0.15mm；副矿物常分布于云母晶体内，含量低微。

中粗粒黑云母花岗闪长岩：呈浅灰色、灰色，风化色为黄褐色、灰褐色，中粗粒花岗结构，块状构造。主要矿物含量：石英33%～35%、斜长石47%～50%、钾长石10%、黑云母(+白云母)7%～8%。

2.3 蚀变与矿化

蚀变种类较多，分带现象不明显。主要有绢云母化、绿泥石化以及绿帘石化、高岭石化、钠长石化及硅化。绢云母化是围岩(黑云母花岗闪长岩)最主要的蚀变，绢云母常呈鳞片状，由长石或暗色矿物被其他矿物或热液交代而成；绿泥石化由暗色矿物主要交代其他矿物而成，沿裂隙面分布。前者分布广泛，后者常与绿帘石化相伴产出。绿帘石化呈小团粒状产出，沿裂面分布，常与绿泥石化相伴生；地表长石(斜长石、钾长石)轻微的高岭石化；钠长石化主要分布于中细粒二云母花岗闪长岩脉及其接触带附近，在斜长石边缘有钠长石化改造，远离岩脉钠长石化微弱；硅化表现为石英呈不规则细脉状，团块状产出。

金属矿化以黄铁矿化为主，多见于石英脉中，呈星点状、团包状分布。中细粒二云母花岗闪长岩初步取样测试，金属矿化不明显：Ag l.00×10-6、WO30.008%、Sn 0.0018%～0.026%、Cu 0.0021%～ 0.0084%、Nb2O50.002%～0.0095%、Ta2O50.0003%～0.0006%、Li 0.0003%、Rb 0.0002%、Sr 0.0028%、Cs 0.0009%。

3 矿体地质特征

3.1 矿体形态、规模

矿区圈定1个瓷石矿体(IK)，产于中细粒二云母花岗闪长岩中，呈不规则脉状产出，形态复杂，沿走向从南东东往北西西方向具有分枝、复合、再分枝现象(图2)，出露长350m，宽5～100m不等，赋存标高+621～+800m，埋深0～97m，产状165～216°∠50～63°，自0线往东出现3个分枝，剖面上宽下窄，分枝复合、楔形尖灭(图4)。

图4 1线、4线联合地质剖面图

3.2 矿石物质组分及结构构造

矿石自然类型简单，为蚀变花岗岩型瓷石矿，矿石工业类型属硬质瓷石。矿石岩性为蚀变中细粒二云母花岗闪长岩，沿矿体走向、倾向矿石矿物组分、结构构造都比较稳定。

矿石为蚀变中细粒二云母花岗闪长岩，中细粒花岗结构，块状构造。矿物粒径介于0.2～3.5mm。主要矿物含量斜长石50%、石英32%～35%、钾长石10%、黑云母(+白云母)5%～8%。石英颗粒大小在0.2～1.5mm，但集合体较大，呈不规则压扁条带状，长径小于3.5mm；斜长石呈半自形板柱粒状，粒径多在0.5～3.5mm间，颗粒内常见聚片双晶，少数可见较宽疏的环带构造，边缘有钠长石化蚀变改造，视突起等特征为中—更长石类，晶内常见绢云母化；钾长石含量较低，大小形态与斜长石相似，表面有轻微高岭土化现象；黑云母厚板片状—不规则片状及集合体，片径长约0.1～3mm，条带状分布。残存者可见明显的褐色—浅黄色多色性；大部分见白云母化、绿泥石化等次生蚀变。白云母部分为黑云母蚀变产物，部分则产于钾长石晶内，是由长石类蚀变而成；副矿物常见有磁铁矿，它形粒状，粒径0.06～0.2mm；磷灰石半自形柱粒状0.05～0.15mm；副矿物常分布于云母晶体内，含量低微。

3.3 矿石化学成分

主要有益组分平均含量SiO261.67%、Al2O319.47%、K2O 0.62%、Na2O 6.09%、K2O+Na2O 6.71%。有害杂质组分Fe2O31.29%、TiO20.54%(表1)。SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、Na2O、SO3含量变化系数小于40%，成分均匀，MgO、CaO、K2O含量变化系数小于100%，成分较均匀。矿石高铝相对富钠，主要组分稳定，但Fe2O3、TiO2偏高。

表1 矿石化学成分一览表 (单位：%)

3.4 矿体围岩、夹石及围岩蚀变

矿体围岩主要为中粗粒黑云母花岗闪长岩，局部为中细粒二云母花岗闪长岩。夹石在矿体中呈透镜状，零星分布，岩性有中粗粒黑云母花岗闪长岩、细粒闪长岩及中细粒二云母花岗闪长岩。

围岩蚀变种类较多，主要有绢云母化、钠长石化及硅化等。绢云母化是围岩(黑云母花岗闪长岩)最主要的蚀变，绢云母常呈鳞片状；钠长石化主要分布于中细粒二云母花岗闪长岩脉及其接触带附近，在斜长石边缘有钠长石化改造，远离岩脉钠长石化微弱；硅化表现为石英呈不规则细脉状，团块状产出。

3.5 矿床成因

瓷石矿体原岩为中细粒二云母花岗闪长岩，呈不规则的脉状或透镜状侵入于九岭岩基中，矿石为蚀变的中细粒二云母花岗闪长岩。在燕山期中晚期，富含钠和挥发组分的酸性—中酸性岩浆沿棋坪—上富韧性剪切带裂隙上侵，在岩浆侵位和冷凝过程中，在岩浆汽水热液作用下，岩石中的斜长石边缘产生交代作用，发生钠长石化蚀变，岩浆中的挥发组分也参与交代作用，使二云母花岗闪长岩体发生中、低温热液蚀变作用，形成瓷石矿体，矿床属热液蚀变型矿床。

4 矿石加工工艺性能

4.1 矿石物理性能

依据制作陶瓷要求，采集了2件代表性的样品进行工艺性能测试(表2)，矿石烧成白度为26.8、26.3，1 200℃烧成温度收缩率10.36%、11.36%。

表2 样品化学成分表 (单位：%)

4.2 矿石加工工艺

试验2吨原矿，工艺流程为原矿—粗碎—中碎—球磨—瓷石粉。采用湿法粉碎，一级破碎采用PE-600×900鄂式破碎机，最大进料粒度控制在500mm，排料口粒度65～160mm；二级破碎采用PF-B-1214Ⅱ反击破，最大进料粒度在350mm以内，加工成直径1cm以下的颗粒物；再入卧式瓷土球磨机，出料粒度0.075～0.89mm，接着进行泥浆干燥，最后成半成品瓷砖原料进库存。矿石加工工艺简单，利用性能良好，矿石综合回收率达到90%。

4.3 产品成分配比

瓷砖(片)的主要原料是瓷石、长石、石英三大类矿石原料合并辅以一些化工原料制造而成。瓷石30%～35%，主要成分Al2O3使陶瓷颇具可塑性，即可在加热前将瓷坯制成理想的形状；长石粉35%～45%，长石主要起熔剂作用，一般为陶瓷主体增加强度；粉状石英20%～30%，作为一种填料添加到瓷砖中；其余成分3%～7%，使用一些其它的天然矿物和人工合成的化工原料滑石、密陀僧(AlO)、白垩粉(CaCO3)、氧化锡、氧化锌、钛酸钡等。通过上述工艺制作而成的瓷砖具有可塑性优良、粘结度好、强度高等特性。

经对配比后的成品瓷砖粉碎加工进行化学分析，主要成分SiO278.35%、Al2O311.90%、K2O 3.85%、Na2O 3.86%、CaO 0.38%、MgO 0.29%、Fe2O30.84%、TiO20.41%、SO30.02%，其有益、有害组分含量符合质量要求。

5 结论

(1)舍背瓷石矿床是热液蚀变型矿床，由二云母花岗闪长岩侵位和冷凝过程中发生中、低温热液蚀变作用形成的瓷石矿床。矿体呈不规则的脉状产出，主要矿物组分为斜长石、石英、钾长石，矿石化学成分以高铝相对富钠为特征。

(2)经试验证明矿石加工工艺性能良好，经过适当的配料配比调整，可作为一种较理想的新型建筑陶瓷产品重要原料，应用前景广阔，并对评价同类矿床的加工工艺性能具有借鉴作用。

(3)矿区周边燕山期中晚期酸性—中酸性岩脉发育，该瓷石矿床的发现对九岭地区寻找同类矿床具有一定的指导意义。